Navigation – Plan du site
Dossier Méthodes et Paradigmes

Télémonitorage des grandes fonctions physiologiques chez les primates vigiles

Remote monitoring of physiologic functions in monkeys
Guy Germain

Résumés

Les caractéristiques communes à l'étude des primates non-humains sont proches des contraintes que l'on rencontre dans l'application des principes de la télémédecine humaine. Elles découlent de l’éloignement des animaux et de leur dispersion géographique pour les études en milieu naturel, elles découlent aussi du besoin de contrôler au laboratoire les traitements expérimentaux en perturbant le moins possible le comportement social des animaux. Les ondes radio sont un excellent signal de transmission pour le suivi des animaux parce qu'elles peuvent propager des informations rapidement et sur de longues distances dans l'air. Tous les dispositifs télémétriques consistent en un ou plusieurs capteurs couplés à un émetteur encodeur radio et d'un système d'antenne couplé à un récepteur décodeur, analogique ou numérique. Le progrès des télétransmissions résulte par ailleurs de la miniaturisation des dispositifs électroniques d'acquisition et d'émission qui sont de moins en moins gourmands en énergie et acquièrent des durées d'autonomie beaucoup plus grande. De nombreux dispositifs télémétriques très souvent totalement implantables dans le corps de l'animal sont aujourd'hui commercialement disponibles. Ils permettent une surveillance détaillée des paramètres physiologiques des systèmes cardiovasculaire, nerveux, locomoteur, métabolique, respiratoire et reproducteur chez les primates non-humains entièrement libres de leurs mouvements. Ils sont très largement exploités dans les études pharmacologiques et toxicologiques. D'autres dispositifs encore au stade expérimental intègrent également la combinaison de l'enregistrement télémétrique des pressions, biopotentiels musculaires ou nerveux, température, avec des enregistrements audio et vidéo pouvant être eux-mêmes acquis et transmis, partiellement ou en totalité, par télémétrie. Le développement des systèmes futurs sera probablement axé sur les besoins accrus de caractériser des individus très mobiles ou des groupes d’animaux dans des environnements complexes, toujours en utilisant des systèmes portables et les moins invasifs possible. Ces systèmes devraient permettre de caractériser les tendances évolutives de certains états physiologiques (études éthophysiologiques, études de terrain) ou expérimentaux (physiologie, pharmacologie) et d'alerter suffisamment rapidement les observateurs pour qu'ils puissent appliquer en retour des actions correctives si nécessaire. Des pans entiers des grandes fonctions physiologiques, régulations métaboliques et régulations hormonales, pour ne citer que celles-là, ne peuvent pas encore être explorés directement par télémonitorage. Des concepts plus avancés tels que ceux des biocapteurs métaboliques ou hormonaux sont en cours de validation en laboratoire et pourraient devenir accessibles aux acquisitions télémétriques dans le futur.

Remote monitoring of physiologic functions in monkeys

The common difficulties of the study of nonhuman primates are close to the constraints encountered in implementing the principles of human telemedicine. They stem from the remote localization of animals and of their geographical dispersion, in field studies. They also stem from the need to control in the laboratory, experimental treatments with a minimal disturbance of their social behavior. Radio waves are an excellent transmission signal to monitor the animals because they can spread information rapidly and over long distances through the air. All telemetry devices operate on the same basic principle which consists in one or more sensors coupled to a radio-encoder transmitter and an antenna system coupled to an analog or digital, receiver-decoder. Progress in remote transmission also stems from the miniaturization of electronic emitting- and acquisition-devices that are less energy demanding and therefore have much greater transmission range and autonomy. Many telemetric devices, often totally implantable in the body of the animal, are now commercially available. They allow detailed monitoring of physiological parameters of the cardiovascular, nervous, musculoskeletal, metabolic, respiratory and reproductive systems in nonhuman primates entirely free of their movements. They are widely used in pharmacology and toxicology studies. Others devices still at the experimental state, also include the combination of telemetric recordings of pressure, muscle biopotentials, nerve biopotentials or temperature, with audio and video signals that can themselves be transferred by telemetry. The development of future systems will probably focus on the increasing need for characterizing highly mobile individuals or groups of animals in complex environments using the least invasive methods. These systems should help characterizing the trends of certain physiological states (ethophysiological studies, field studies) or pathophysiologic states (pathology, pharmacology) quickly enough to alert the observers so that they can apply feedback corrective actions when necessary. Whole domains of major physiological functions such as metabolic and hormonal regulations cannot yet be explored directly by telemetry. More advanced concepts such as hormonal or metabolic biosensors are being validated in the laboratory and could become accessible to telemetric acquisition in the future.

Haut de page

Historique

Soumis juillet 2010 ; accepté septembre 2010

Texte intégral

1 Introduction

1Le télémonitorage, c'est-à-dire l'acquisition par un système consultable à distance, des paramètres représentatifs des grandes fonctions physiologiques chez les primates non-humains, est un sujet très vaste. Tout signal, qu’il soit acquis par un système vidéo, qu'il s'agisse d'un enregistrement sonore, ou encore qu’il s’agisse de l'acquisition télémétrique, isolée ou combinée, de paramètres physiques tels que des variations de potentiels électriques, de température, de pression, etc., peut servir d’indicateur pour l'évaluation des grandes fonctions physiologiques et comportementales. Dans cet article on mettra l'accent sur les systèmes télémétriques implantables, les plus utilisés actuellement, qui peuvent aussi se combiner avec l'enregistrement audio de vocalisations ou des enregistrements vidéo. Du fait de l'évolution extrêmement rapide des techniques numériques d'acquisition des signaux, le choix a été fait de limiter les références bibliographiques, à quelques exceptions près, aux dix dernières années. Cela ne signifie pas que les études antérieures de télémonitorage étaient dénuées d'intérêt. On pense seulement que le lecteur aura du mal aujourd'hui à reproduire certaines expérimentations en utilisant des techniques d'acquisition purement analogiques pour lesquelles les matériels électroniques peuvent être devenus très difficiles, voire impossibles, à se procurer. Une autre raison de la limitation aux dix dernières années est que les références bibliographiques antérieures, qu'on le déplore ou non, sont devenues de plus en plus difficilement accessibles avec la disparition des bibliothèques où l'on peut consulter des articles scientifiques « papier » pour les revues qui n'ont pas été numérisées antérieurement à une certaine date.

2Pour comprendre l'intérêt croissant des méthodes de télémonitorage, il suffit d'observer l'importance grandissante de leurs utilisations dans la télémédecine pour la surveillance à domicile des patients humains souffrant de certaines affections chroniques ou « monitorés » dans les suites postopératoires d’une chirurgie lourde (exemple, la transplantation d’organe). Le télémonitorage peut concerner une surveillance des patients en temps réel ou « synchrone » par connexion avec les services hospitaliers, ou une surveillance « asynchrone » en temps légèrement différé, rendue possible notamment par Internet. Il a démontré aux USA où ces méthodologies se développent rapidement que le procédé était efficace et acceptable pour les patients (Morlion et al., 2002; Cermack, 2006; Chan et al., 2007; de Jongste et al., 2009). Au-delà des progrès des télétransmissions, un autre facteur contribue à l'essor des méthodes télémétriques. Il résulte de la miniaturisation des dispositifs électroniques d'acquisition et d'émission, qui deviennent de moins en moins gourmands en énergie et acquièrent des durées d'autonomie beaucoup plus grandes.

3Les caractéristiques communes à l'étude des primates non-humains sont finalement assez proches des contraintes que l'on rencontre dans l'application des principes de la télémédecine humaine. Elles découlent de l’éloignement des animaux et de leur dispersion géographique, pour les études en milieu naturel ou dans des enclos de larges dimensions. Elles découlent aussi au laboratoire du besoin de contrôler les traitements expérimentaux (prélèvements sanguins, administration de molécules, étude des réactions physiologiques et comportementales aux traitements) en perturbant le moins possible le comportement social des animaux. Les primates non-humains introduisent cependant une complication supplémentaire par rapport aux humains. On peut demander au sujet humain de rester immobile le temps d'un examen cardiologique, par exemple, mais cette exigence est impossible avec l'animal en perpétuel mouvement,  et de surcroit exposé aux investigations curieuses de ses congénères s'il est équipé de dispositifs externes qui modifient son apparence externe.

4Les supports télématiques impliquent tous l'acquisition et le traitement total ou partiel en temps réel des données, la mise en œuvre des systèmes de télétransmission, des zones de stockage des données, la prise de décision au vu des données acquises, et la mise en œuvre des moyens d'exécution de commandes en retour (Cermack, 2006).

5Dans une première partie, on décrira l’architecture et le fonctionnement des systèmes de télémonitorage actuellement disponibles qui permettent d'assurer la surveillance la plus détaillée possible des paramètres physiologiques et environnementaux chez les primates non-humains. Dans la seconde partie, on exposera les études de physiologie déjà réalisées, qui montrent tout l'intérêt, mais aussi parfois les limites des systèmes de télémonitorage dans le temps et l'espace.

2 Architecture des systèmes de télémonitorage

6Les stratégies dépendent des ressources disponibles et le résultat final sera déterminé par la qualité des réseaux de transmission. Les signaux qui sont généralement acquis et transmis, peuvent être simples (température, position), plus complexes (biopotentiels musculaires ou nerveux - biopotentiel : terme utilisé en physiologie pour désigner les phénomènes d'électrogenèse biologique liés au fonctionnement des cellules excitables, principalement musculaires et nerveuses -, mesure de pression et de débit sanguin, etc.), des signaux audio ou vidéo, ou encore une combinaison de l'ensemble de ces signaux.

7Les paramètres importants à considérer dans le choix d’un système de télémonitorage sont :

- La taille de l'animal. Des espèces de petite taille (microcèbes) ne peuvent pas embarquer les mêmes systèmes télémétriques que des espèces de taille moyenne ou de grande taille (macaque, babouin). Le poids de l'appareillage, qu'il soit externe ou interne à l'animal, est surtout conditionné par la dimension des batteries qui déterminent la durée d'autonomie du système et le nombre de signaux qu'il est possible de télémétrer simultanément.
- La portée de couverture des signaux à transmettre. Elle peut varier de quelques centimètres pour les systèmes non alimentés par batterie, à quelques dizaines de mètres voire quelques kilomètres dans le cas du radio tracking.
- L’accessibilité permanente ou séquentielle aux signaux recueillis.
- La rapidité de transfert de l’information en temps réel ou semi-différé dans le cas de systèmes enregistreurs embarqués sur l'animal.
- Les bandes passantes disponibles en réception ou en ré-émission, s’il existe un rétrocontrôle possible du système de télémonitorage.
- Les capacités de stockage des données reçues. Des signaux électriques numérisés avec un échantillonnage à 200Hz génèrent très rapidement des volumes considérables de données à stocker si on enregistre 24 h sur 24 h et pendant des périodes de 30 jours ou plus ; il en est de même pour les signaux vidéo.
- La coexistence possible de plusieurs émetteurs / récepteurs permettant de distinguer chaque individu si le monitorage simultané de plusieurs sujets est nécessaire.
- Eventuellement le cryptage des données.
- Le coût unitaire de l'information transmise et archivée (trafic télécommunication ou réseau, coût du stockage informatique et des sauvegardes).
- Le cout d’achat global du système.

3 Dispositifs télémétriques et environnement expérimental

3.1 Télémétrie et conditions d'élevage des animaux

8Les primates non humains sont des espèces sociales qui requièrent d'être élevées en groupe ou au minimum par paires compatibles. Du point de vue de l'animal, le système télémétrique idéal devrait permettre l'élevage des animaux dans leurs groupes compatibles, de faire l'objet de techniques d'implantation les moins invasives possible et de garantir l'absence d'interférence avec les congénères (Hawkins et al., 2004).

9Il y a un certain degré de compromis en pratique à réaliser et les différents systèmes télémétriques ont chacun leurs propres avantages et leurs inconvénients. Les éléments suivants décrivent les possibilités de faciliter la vie en groupe des animaux ou au contraire les difficultés que certains systèmes télémétriques peuvent introduire. Il est essentiel de noter que les points de nature éthique et de bien-être doivent toujours être pris en considération.

10Les systèmes totalement implantables nécessitent généralement une chirurgie plus invasive pour leur mise en place. Ils peuvent faciliter l'élevage en groupe, car il n'y a aucun système externe tel qu'éléments saillants extracorporels ou appareillages à portée des autres animaux. En revanche, ces systèmes ont surtout l'inconvénient de ne pas pouvoir être utilisables sur plusieurs animaux simultanément. Les appareils commerciaux disponibles émettent en effet souvent leurs signaux sur une même fréquence ce qui exclut la réalisation d'enregistrements simultanés sur les animaux d'un même groupe. La seule solution possible consiste à activer sélectivement et alternativement les systèmes portés par chacun des animaux, par exemple sur un animal donné lorsque l'autre animal est élevé dans la même cage par paire. La procédure d'activation ou d'inactivation du télémètre n'est en soi pas traumatisante pour l'animal puisqu'elle s'obtient en général en approchant un barreau aimanté du corps de l'animal, mais c'est une contrainte à prendre en compte pour l'expérimentateur.

11Les systèmes partiellement ou totalement externes restent parfois compatibles avec l'élevage en groupe, au moins chez des animaux élevés en cage par paire, à condition de bien évaluer au préalable dans une phase test les réactions des congénères. On peut facilement allumer ou éteindre le dispositif chez un seul animal ou encore envoyer le signal enregistré par le système sur un circuit électronique d’enregistrement qui est directement porté par l'animal. Les signaux sont récupérés ultérieurement en vidant régulièrement la mémoire du dispositif (par exemple microcassettes ou systèmes à mémoire flash). Il existe des systèmes multifréquences avec ces types de dispositifs, notamment très utilisés chez le chien, mais probablement moins chez les primates non-humains. Les dispositifs externes restent exposés au risque d'endommagement par les congénères. Les solutions possibles à ces inconvénients sont de s'assurer que les animaux sont très bien habitués aux systèmes d'enregistrement et également entraînés à les accepter.

12Il n'est donc pas systématiquement nécessaire d'isoler les animaux implantés avec des dispositifs télémétriques ni de leur restreindre l'accès à un milieu enrichi. Les systèmes télémétriques sont par nature à même de permettre le recueil de variables physiologiques utilisées précisément pour évaluer le niveau de stress des animaux, par la mesure de paramètre tel que le rythme cardiaque, la pression artérielle ou la température corporelle. Le monitorage télémétrique permet donc de contribuer à l'évaluation de l'état de bien-être des animaux.

3.2 Sélection des animaux appropriés pour la télémétrie et contraintes chirurgicales

13Il est d'expérience commune pour les expérimentateurs qui mettent en œuvre des méthodologies télémétriques que certains individus sont plus appropriés que d'autres à supporter les dispositifs et il est souvent possible de sélectionner les sujets adéquats avant le démarrage des études. Il est important de travailler avec des animaux bien adaptés à leur environnement, avant l’implantation des dispositifs télémétriques. Le fait d'écarter des animaux réfractaires aux procédures chirurgicales d’implantation peut éviter un traumatisme inutile chez des sujets qui conduiront selon toute vraisemblance à des enregistrements peu satisfaisants (Hawkins et al., 2004).

14Pour les systèmes totalement implantés pendant de longues durées, 6-10 mois par exemple, avec le placement du capteur en position intra-abdominale, il se produit parfois une réaction de l’organisme consistant en un phénomène d'encapsulation fibreuse du corps du télémètre. Cette réaction est pratiquement impossible à anticiper chez un animal naïf, car certains animaux développent la réaction fibreuse et d’autres pas. En soi, cette réaction à un corps étranger n’a pas d’incidence majeure sur la qualité des signaux transmis par le télémètre ou sur le bien-être apparent de l’animal. Toutefois, à l’explantation du dispositif, la chirurgie nécessite une dissection très soigneuse et le nettoyage de cette néoformation est délicat à réaliser. L'explantation se révèlera finalement beaucoup plus laborieuse qu’en l’absence de formation de coque allergique (Germain, non publié).

15De manière plus générale, l'implantation des télémètres nécessite un environnement chirurgical de qualité, une parfaite asepsie, des opérateurs entrainés à ces procédures et des traitements anti-inflammatoires et analgésiques dans les phases post opératoires. La complexité de la chirurgie nécessaire à la mise en place des capteurs télémétriques est très variable et dépend surtout de la nature des sondes qui sont associées au dispositif. On trouvera les détails opératoires précis dans les références citées plus loin aux paragraphes décrivant l'exploration des grandes fonctions physiologiques.

3.3 Les dispositifs disponibles et leurs fabricants

16Les ondes radio sont un excellent signal de transmission pour le suivi des animaux, en partie parce qu'elles peuvent propager des informations rapidement et sur de longues distances dans l'air. Tous les dispositifs télémétriques exploitent ce principe de base.

3.3.1 « Radio tracking »

17Dans une version minimale, mais néanmoins très utile pour les études de terrain - voir par exemple (Sterling et al., 2000) - si seul le déplacement de l'animal est recherché, il suffit de l'équiper d'un dispositif émetteur qui envoie un signal radio, et d'être équipé d'un dispositif de réception pour détecter le signal (Tableau I). Les trois composantes de la radiotélémétrie pour les systèmes de suivi des animaux se composent des éléments minimums suivants :

- Un émetteur. Il peut être placé sur l’animal par exemple par un système de collier. Certains systèmes à collier peuvent coupler aussi la prise de température de l'animal avec une précision au 1/10ème de degré (exemple, Matériel SIRTACK).
- Un récepteur radio et l’enregistreur de données le cas échéant.
- Un système d'antenne.

18Les trois composants du système doivent fonctionner ensemble afin de mener à bien le suivi radio. L'émetteur se compose de deux éléments principaux. Une batterie d'alimentation dont la durée de vie peut être de 2-3 ans ou plus selon les systèmes et un circuit électronique incorporant un oscillateur à quartz. Plus la batterie est puissante et plus la durée vie de l'émetteur est grande, mais aussi son poids. Seule l’antenne a une incidence sur la portée des signaux captés.

Tableau I

Fabricants de systèmes « radio tracking »

Liens Internet

ATS

http://www.atstrack.com/index.asp?pageID=58

AVM Instrument

http://www.avminstrument.com/home.html

LOTEK

http://www.lotek.com/index.htm

SIRTACK

http://www.sirtrack.com/product_details.asp?Prod_ID=61

Telenax

http://www.telenax.com/English/Products.html

TenXsys

http://www.tenxsys.com/index.htm

Titley

http://www.titley.com.au/wildlife-tracking

VECTRONIC Aerospace

http://www.vectronic-aerospace.com/html/wildlife_applications.html

Principaux fabricants/ revendeurs de matériel de « radio tracking » et accessibles via Internet.

Manufacturers/ dealers of radio- tracking equipments and their Internet links.

19Le récepteur de suivi radio télémétrique est utilisé via l'antenne qui lui est connectée pour capter le signal émetteur. La gamme de fréquences du récepteur est accordée aux fréquences des émetteurs. Des filtres sont utilisés pour échantillonner le signal d'entrée audio numérique et le numériser. Cela permet d’éliminer les signaux parasites dans un environnement trop bruyant comme en zones urbaines. Dans un système de recueil simple, une seule antenne est utilisée. Des antennes multiples peuvent être utilisées pour des opérations plus complexes (localisation par triangulation). Afin de maximiser le gain d'antenne et minimiser la perte de signal, le plus court connecteur possible doit être utilisé entre l’antenne et le récepteur.

20Pour assurer le suivi de plus d'un sujet en même temps, il faut attribuer à chaque émetteur un signal unique qui pourra être identifié à la réception. En biotélémétrie classique, les signaux radio émettent sur une fréquence unique des « bips » à intervalle de temps variable ou émettent des « bips » sur des fréquences variables. Les deux stratégies ont leurs limites. Une innovation développée par certains constructeurs comme LOTECK a été l'introduction de balises radio à codage numérique, chaque balise transmet un code unique la différenciant de toutes les autres balises, même de celles qui émettent sur la même fréquence. Cela permet de suivre jusqu'à des centaines de sujets simultanément.

3.3.2 Systèmes hybrides, télémétrie peu invasive (système de boitier externe porté par l'animal et sécurisé par une jaquette)

21Ces systèmes permettent, comme les systèmes totalement implantables décrits ci-dessous, d'enregistrer de façon isolée ou combinée de nombreux paramètres vitaux. En fait ils reprennent le concept de « holter » utilisé en médecine humaine pour la prise chronique de la pression artérielle, de l'ECG ou encore de l'EEG. Leur inconvénient principal est qu'ils sont accessibles au risque de détérioration par les congénères de l'animal porteur. Ils sont néanmoins intéressants essentiellement à deux points de vue.

22Seuls les capteurs (ou senseurs) nécessitent d'être implantés à l'intérieur de l'organisme de l'animal. De ce fait, la chirurgie d'implantation est moins invasive qu'avec les systèmes totalement implantables.

23Les capteurs sont raccordés à un boitier électronique de transmission qui est fixé sur le dos de l'animal et est sécurisé par un système de jaquette ou gilet porteur. Dans la limite du poids que peut transporter raisonnablement l'animal, ceci autorise l'utilisation de batteries plus puissantes et permet d'augmenter la portée du signal, de pouvoir changer régulièrement les batteries épuisées sans nécessiter une chirurgie lourde, d'embarquer des dispositifs d'enregistrement des données dans le cas d'acquisition de données volumineuses qui ne peuvent pas être transmises en temps réel par onde radio (enregistrements vidéo par exemple).

24Le plus souvent ces systèmes ont fait l'objet de construction « maison » par les laboratoires de recherche qui les utilisent et on les retrouvera dans les références bibliographiques citées plus loin (Lei et al., 2004; Shepherd et Platt, 2006; Boyer et al., 2007). Dans le domaine cardiovasculaire, il existe une version commerciale de ce type de dispositifs, mais qui est utilisée essentiellement chez le chien, quelques groupes ont commencé à l’utiliser chez les primates non-humains (http://telemetry.emka.fr/).

3.3.3 Systèmes totalement implantables

25Ces transpondeurs télémétriques implantables correspondent à une gamme de produits assez vaste (Tableau II). Ils permettent de recueillir la température corporelle, l'activité de motricité globale, les pressions systémiques ou intracavitaires, des débits sanguins et presque tout type de biopotentiels. Ils fonctionnent sur le même principe que les systèmes de cardiomonitorage implantables chez l'homme (http://www.medtronic.com/index.htm). Les électrodes de recueil des biopotentiels sont raccordées à une chaine d'amplification-filtrage compatible avec les signaux électrophysiologiques les plus courants, électrocardiogramme (ECG), électromyogrammes (EMG) du muscle strié, électroencéphalogramme (EEG), mais il est toujours possible de demander au constructeur d'introduire un filtrage mieux adapté au recueil de signaux exigeant une bande passante différente (par exemple dans le cas de l'enregistrement d'électromyogrammes de certains muscles lisses).

Tableau II

Fabricants de télémètres implantables

Lien Internet

DSI

http://www.datasci.com/

Konigsberg Instruments

http://www.konigsberginc.com/home.htm

MINI MITTER

http://minimitter.respironics.com/index.cfm

Principaux fabricants/ revendeurs de télémètres totalement implantables et accessibles via Internet.

Manufacturers/ dealers of telemeter equipments and their Internet links.

26Certains petits transpondeurs implantables sans piles sont alimentés en captant l'énergie des champs électriques générés par le récepteur (exemple, modèles E-Mitter de la société MINI MITTER). Cela permet de concevoir des transpondeurs sans pile qui peuvent rester indéfiniment implantés pour surveiller la température du sujet, son activité ou le rythme cardiaque. En conséquence, les coûts d’utilisation élevés associés aux procédures d'explantation, de reconditionnement des batteries et de réimplantation sont évités. L’inconvénient de ces systèmes est la très courte distance (20-30 cm) à maintenir entre l’émetteur et le receveur, ce dernier faisant aussi office de générateur. De ce fait, ces dispositifs sont utilisés principalement chez les rongeurs et ont fait l’objet à notre connaissance d’une utilisation plus restreinte chez les primates-non-humains.

27D’autres systèmes, implantables en position sous-cutanée ou dans la cavité abdominale, comprennent la chaine classique d’un transpondeur totalement autonome incluant senseurs de mouvement, de température, de biopotentiel, de pression ou de débit, amplificateurs propres à chaque type de senseur, batteries et transcodeurs pour l’émission en signal radio (Figure 1). Une antenne réceptrice connectée par voie filaire à un récepteur décodeur restaure un signal analogique ou numérique directement proportionnel à la variable mesurée (Figure 2).

Figure 1

Agrandir

Deux modèles (petit, à gauche, et grand, à droite) de capteurs télémétriques implantables chez l'animal, fabriqués et commercialisés par la société Data Sciences International. À gauche, capteur de pression monovoie ; à droite, capteur 3 voies (1 voie pression, 2 voies bipolaires biopotentiels). Le corps du capteur contient les senseurs (pression, température par exemple, pré-amplificateurs pour les signaux électriques), les chaines d'amplification, l'émetteur radio proprement dit et les batteries d'alimentation. Les grands modèles, implantables en sous-cutané ou en intra-abdominal comme les petits modèles, ont une autonomie de fonctionnement de 6 mois en mode continu ou plus en mode d'utilisation discontinue. Ils sont allumés ou éteints en approchant un barreau aimanté du corps de l'animal implanté. La portée de tels émetteurs reste limitée à 1-1,5 m et si l'on veut réaliser les enregistrements dans une cage de grand à très grand volume, il faut disposer plusieurs antennes sur les parois de la cage, un système électronique gère alors en permanence le meilleur signal susceptible d'être recueilli par l'une ou l'autre des antennes. Après leur utilisation, ces capteurs doivent être retournés chez le fabricant pour reconditionnement et remplacement des batteries (Photo, G. Germain).
Two implantable telemeters (small and large from left to right) manufactured by Data Sciences International. Left, single-channel pressure sensor; right, three channels telemeter (1 pressure plus 2 bipolar electrodes). The body of the telemeter contains sensors (pressure, temperature for example, or pre-amplifiers for electrical signals), amplification circuitries, the transmitter itself and batteries. All telemeters can be implanted subcutaneously or intra-abdominal. The large ones have an operating autonomy of 6 months in continuous mode or more in discontinuous mode. Telemeters are switched on or off when approaching a magnet towards the body of implanted animals. The transmission range of such transmitters is limited to 1-1.5 m. To make recordings in larger cages it requires several antennas placed on cage walls, an electronic system ensures the best signal is collected by one or the other antennas. After their use, these telemeters must be returned to the manufacturer for refurbishment, including batteries replacement (Photo, G. Germain).

Figure 2

Agrandir

Copie d'écran d'un macaque cynomolgus en enregistrement chronique de sa pression intra-utérine et de 2 voies d'EMG utérin, par implant télémétrique. Comme montrée sur la figure, une simple webcam peut suffire pour assurer des enregistrements vidéo de contrôle (signal vidéo transmis par le réseau dans cas). L'animal est adossé à l'antenne réceptrice, cette dernière est elle-même reliée par voie filaire à un transcodeur radio-analogique dans ce montage. Le signal analogique final décodé est numérisé en temps réel et stocké sur PC. Ici, l'animal ne séjourne dans la cage de petit volume que durant de courtes périodes d'enregistrements (3-4 h). Pendant les périodes d'enregistrement, il peut rester toutefois en contact visuel et sonore avec ses congénères d'élevage (G. Germain, non publié).
Screenshot of a cynomolgus macaque during telemetric recording of its intrauterine pressure and 2 uterine EMG's. As shown on the figure, a simple webcam is enough for a simple video control of the experimental set-up. (Video signal is transmitted by the network). The animal is sitting in front of the receiving antenna, the latter being wire-connected to a radio transcoder. Finally the analog decoded-signal is digitized in real time and stored on a PC. Here, the animal stays in a small volume cage during limited periods of recordings (3-4 h) where it remains in visual and auditory contact with other conspecifics (G. Germain, unpublished).

4 Les grandes fonctions physiologiques accessibles à la télémétrie

4.1 Appareil cardiovasculaire

4.1.1 ECG et Fréquence cardiaque

28Les primates non-humains (PNH), essentiellement des macaques, sont couramment utilisés en tant que modèle pour l'acquisition de l'électrocardiogramme (ECG) chez des sujets vigiles libres de leurs mouvements, dans les études de sureté en pharmacologie cardiovasculaire et dans les études de toxicologie. Particulièrement, la mesure de l’intervalle QT sur l'ECG (l' intervalle QT mesuré sur l'électrocardiogramme, correspond au temps de la systole ventriculaire, il s'étend du début de l'excitation des ventricules jusqu'à la fin de leur relaxation) est un élément pronostique requis par la Food and Drug Administration aux USA pour évaluer le risque de survenue de torsades de pointes (tachyarythmies pouvant être fatales) après l’injection de certaines molécules. L’implantation chronique de télémètres permet l’acquisition des ECG en routine et d’en effectuer une analyse automatisée différée (Manuck et al., 1997; Benardeau et al., 2000; Sasaki et al., 2005; Gauvin et al., 2006; Soloviev et al., 2006; Authier et al., 2007a; Authier et al., 2007 b; Holzgrefe et al., 2007 b; Holzgrefe et al., 2007c; Holzgrefe et al., 2007a; Koga et al., 2007; Markert et al., 2007; Haushalter et al., 2008; Bass et al., 2009). Bien que les procédures d'implantation des électrodes sous-cutanées soient très codifiées aujourd’hui, les électrocardiogrammes des primates non-humains sont habituellement de petite amplitude et peuvent être perturbés par des artefacts musculaires ou de mouvement auxquels sont sensibles les analyses automatisées. Une étude récente montre que l'implantation d'électrodes intracardiaques connectées aux capteurs télémétrique (à la place des électrodes sous-cutanées traditionnelles) ne permet d'améliorer la qualité du signal que de façon inconstante et par conséquent marginale. Actuellement les surcoûts liés à l'utilisation de tels systèmes limitent encore l'application de cette approche en pharmacologie de sûreté (Yao et al., 2009).

29L'enregistrement de l'ECG de l'animal peut servir aussi à évaluer son état de stress lors de procédures associées à l'exploration pharmacologique (injection intraveineuse de molécules, prélèvements sanguins) (Hassimoto et Harada, 2003) ou lors d'expositions à des stimulus supposés déstressants (Hinds et al., 2007). Il est intéressant de noter à ce propos que les macaques cynomolgus qui répondent le plus aux facteurs de stress sont également ceux qui sont le plus susceptibles de développer des lésions coronariennes lorsqu'ils sont soumis à une alimentation athérogène (Beere et al., 1984; 1992; Manuck et al., 1997).

4.1.2 Pression artérielle

30Comme pour l'électrocardiogramme, la mesure de la pression artérielle chez les primates non-humains est un élément clef pour l'évaluation de nouvelles molécules d’intérêt thérapeutique, notamment dans le domaine du traitement de l'hypertension artérielle (Beere et al., 1984; 1992; Clozel et Fischli, 1993; Fischli et al., 1994; Reinhart et al., 2000; Reinhart et al., 2002; Gerber et Schnell, 2004; Orange et al., 2005; Young et al., 2007; Lynch et al., 2008; Yao et al., 2009). L'enregistrement de la pression artérielle par télémétrie est souvent effectué de façon concurrente à l'enregistrement des signaux électriques cardiaques en utilisant les mêmes télémètres qui combinent mesures de pression et mesures de biopotentiels, selon les références déjà citées au paragraphe précédent.

31Chez l’homme, l’hypertension artérielle est une cause principale de risque d’apparition de morbidité et de mortalité cardio-vasculaires. Un handicap majeur pour étudier expérimentalement l’hypertension artérielle est la rareté de cette affection dans les populations animales naturelles. Récemment, il a pu être montré que certaines espèces de primates non-humains du Nouveau Monde peuvent devenir spontanément hypertendues. Une étude télémétrique chez Aotus sp. a confirmé que certains sujets présentaient des pics d’hypertension artérielle pouvant atteindre 220-250 mm Hg lorsque les animaux sont simplement dérangés par la présence d'un technicien déambulant dans leur aire d'élevage. Chez ces sujets, l'ablation de la région périfornicale/ latérale de l'hypothalamus, connue pour être responsable de l'élévation de la pression artérielle, produit une diminution significative et dans certain cas l’élimination totale de l'hypertension induite par un stress mineur (Smith et Astley, 2007).

32Une autre observation intéressante, purement méthodologique cette fois, est relative à la dérive possible des mesures de pression artérielle réalisées sur de longues durées, supérieures à 6 mois, qui peut atteindre des valeurs significatives pour une proportion importante de capteurs (jusqu’à 30 %). Ces observations ont été réalisées jusqu’ici uniquement avec un type de capteur télémétrique, mais il est prudent de penser à ce risque de biais en l’absence d’étude comparative avec d’autres capteurs provenant d’autres fabricants. En conséquence, les études qui cherchent à définir de façon très précise la pression artérielle des animaux implantés au fil du temps doivent examiner attentivement la dérive du transducteur. Cela est vrai pour les études de longue durée comme les modèles de développement d'hypertension artérielle, qui peuvent s’étaler sur plusieurs semaines ou mois, ou lorsque les animaux sont utilisés de façon répétée dans le temps pour tester ponctuellement l’effet d’une molécule de référence entre des périodes de « wash-out » (« wash-out »: processus de réduction progressive, par métabolisation et élimination naturelle, jusqu'à des niveaux indétectables de la concentration d'une substance injectée dans la circulation générale). Le ré-étalonnage du suivi de la pression artérielle réelle recueilli chez chaque animal de la colonie s’avère alors nécessaire (Regan et al., 2009).

33Pour détecter l’éventuelle dérive des capteurs télémétriques, il est possible chez des animaux bien conditionnés et entrainés à coopérer de réaliser concurremment aux mesures de pression artérielle par télémétrie une mesure oscillométrique non invasive de la pression artérielle chez les sujets conscients (Schmelting et al., 2009).

4.2 Système nerveux

4.2.1 Potentiels d’action

34Chez les rongeurs, l’enregistrement de l'activité neuronale d’animaux en déplacement libre est obtenu dans des expériences où les signaux électriques sont transmis par voie filaire. Ces techniques ne sont pas adaptées chez les primates non-humains du fait de leurs capacités de préhension évoluées qui leur permettent l’accès aux fils conducteurs et menacent l’intégrité de l’appareillage technique. Pourtant, l'analyse des mécanismes cérébraux qui sous-tendent la vision, la navigation spatiale, certaines activités comportementales ou cognitives nécessite parfois d’avoir des sujets en déplacement.

35Plusieurs systèmes, souvent « fait maison » à partir de l'intégration de différents composants commercialement accessibles, ont été développés pour permettre les enregistrements chez des sujets se déplaçant librement dans des espaces de dimensions variées allant de la zone laboratoire de 5 x 5 mètres jusqu'au petit enclos de 50 m2. Les signaux neuronaux captés par des électrodes intracérébrales ou périphériques sont amplifiés par de petits systèmes implantés et transmis soit à un boitier d'acquisition porté par l'animal lui-même (au moyen d'un système de jaquette qui sécurise l'équipement électronique) soit par radiotélémétrie vers des systèmes receveurs et de stockage des données. Ces techniques permettent des enregistrements de haute qualité de neurones isolés au cours de comportements tels que se nourrir, marcher ou exécuter des tâches de mémoire et sont donc une occasion unique d'étudier le comportement des primates dans une situation semi-naturelle (Lei et al., 2004; Obeid et al., 2004; Sun et al., 2006).

4.2.2 Electroencéphalographie (EEG)

36Plusieurs raisons conduisent à chercher à obtenir des électroencéphalogrammes par voie télémétrique chez les primates non-humains.

37Jusqu'à récemment, les études utilisant l'EEG pour les enregistrements du sommeil chez les primates non humains étaient réalisées par des approches méthodologiques qui altèrent l'expression de sommeil normal. Ces investigations nécessitaient des manipulations potentiellement perturbantes, comme la nécessité de déplacer les animaux dans une zone de laboratoire inhabituelle pour réaliser les enregistrements ou permettre une immobilisation des animaux pendant les enregistrements. L'impact négatif de la contrainte physique sur le sommeil est connu, elle induit des perturbations de la transition sommeil-éveil, une somnolence inhabituelle ou de l'inattention. L'électroencéphalographie (EEG) est également utilisée en pharmacologie de sécurité pour évaluer le risque proconvulsivant de certaines molécules. L'évaluation des molécules à risque est systématique chez les rongeurs, mais des considérations pharmacologiques ou pharmacocinétiques peuvent conduire aussi à l'utilisation de primates non humains dans certains cas. L'utilisation des primates non-humains est justifiée par des profils pharmacocinétiques et métaboliques plus comparables à l'homme que ceux des rongeurs.

38De nos jours, le télémonitorage EEG des primates non-humains a encore ses limites. Quelle que soit l'origine commerciale des capteurs de recueil (implants Konigsberg, Mini-Mitter ou DSI), les enregistrements télémétriques d'EEG se limitent en général à 1 ou 2 dérivations maximum, ce qui est évidemment très éloigné de ce qu'on peut réaliser chez l'homme ou chez l'animal immobilisé. Cette méthodologie à pu néanmoins être employée avec succès, dans certains cas couplée à l'enregistrement d'électrooculogrammes (Almirall et al., 1999; Hsieh et al., 2008); dans l'étude de l'architecture du sommeil chez le macaque (Hsieh et al., 2008); dans l'étude de molécules tests inductrices de crises d'épilepsie (Authier et al., 2009); dans l'étude des perturbations du sommeil chez les animaux rendus Parkinsoniens (Almirall et al., 1999) ou encore dans l'étude de marmousets effectuant une tâche cognitive sur écran (Pearce et al., 1998).

4.3 Système locomoteur

4.3.1 Déplacement global de l’animal (activité motrice)

39L'activité locomotrice globale des animaux est un paramètre très facile à enregistrer par les techniques télémétriques et très couramment utilisé. La détection de l'activité motrice ne nécessite pas forcément des capteurs très spécialisés tels que l'utilisation d'accéléromètres ou de capteurs d'électromyogramme. Il est en fait possible d'obtenir un index de l'activité physique ou locomotrice globale en tant que paramètre annexe, par l'utilisation de capteurs de température ou de biopotentiels, par exemple. L'activité, alors, est détectée par le déplacement de la source du signal radio (portée par l'animal) par rapport à l'antenne réceptrice, et elle est comptabilisée en tant que valeur « oui » ou « non » par unité de temps. L'inconvénient de ces systèmes simples est qu'un déplacement suffisant de l'animal dans sa cage est nécessaire pour comptabiliser un déplacement, ce qui peut nécessiter avec certains systèmes un déplacement de l'animal sur l'étendue de la moitié de sa cage.

40Les applications des mesures d'activité sont très nombreuses. L'activité physique globale a pu être corrélée avec la température corporelle, l'alimentation, les rythmes circadiens et saisonniers chez les microcèbes (Perret et Aujard, 2001; Genin et Perret, 2003; Giroud et al., 2008) ou les rythmes nycthéméraux chez les singes-écureuils (Boulos et al., 1996), avec la température corporelle ou des paramètres circulatoires (ECG, pression artérielle) chez des marmousets (Gerber et Schnell, 2004) ou des  macaques recevant des traitements à tropisme neurologique (Almirall et al., 2001) ou cardiovasculaire (Taffe et al., 2006; Crean et al., 2007; Authier et al., 2008; Authier et al., 2009).

4.3.2 Electromyogrammes (EMG) de muscles striés

41En comparaison des études précédentes, une analyse fine des mouvements et des muscles impliqués dans certains modes de déplacement nécessite un appareillage plus spécialisé combinant l'enregistrement d'EMG multiples, combinés à des observations vidéo. Un exemple élégant en est donné par l'étude de Boyer (Boyer et al., 2007), qui a examiné la spécialisation adaptative des muscles du pied lors de la marche sur de petites branches chez une variété de lémurs arboricoles. La figure 3 en symbolise le dispositif expérimental.

Figure 3

Agrandir

Schéma expérimental pour l'étude de l'activité EMG de 5 muscles de la jambe (non montrés sur le schéma) chez un lémur au cours de l'activité locomotrice, selon qu'il se déplace sur une perche à section large (à gauche) ou une perche à section étroite (à droite) qui l'oblige à réaliser une fonction de préhension particulière dans ce dernier cas. L'hypothèse teste la séquence d'activation temporelle de chacun des 5 muscles, symbolisée par l'activité EMG attendue en rouge. Les signaux EMG sont recueillis au moyen d'électrodes connectées à un émetteur télémétrique porté par l'animal lui-même. L'étude conclut que le muscle long péronier latéral fonctionne de manière similaire au court péronier latéral et n'est pas recruté pour la préhension. Extrait et adapté de (Boyer et al., 2007), voir détails de l'étude dans cette référence.
Experimental design in a lemur, for the study of EMG activity of five leg muscles (not shown on the diagram) during locomotor behaviors, as the animal walks on a large pole (left ) or a small pole (right) which requires a particular function of grasping in the latter case. The study reports the temporal sequence of activation of each of the five leg muscles, as hypothesized by the symbolized EMG activity shown in red. The EMG signals are recorded using electrodes connected to a telemeter worn by the animal itself. The study concludes that the peroneus longus functions in a similar fashion to the peroneus brevis and is not being recruited for grasping. Extracted and adapted from (Boyer et al., 2007), see details of the study in this reference.

4.4 Mesure de la température corporelle et indirectement évaluation du métabolisme basal

42Tout comme l'activité physique globale, la température corporelle basale est un paramètre vital de première importance et relativement facile d'acquisition. La technologie des senseurs proprement dits est bien maitrisée et miniaturisées, le signal en lui-même n'a pas besoin d'être acquis à très haute fréquence et de ce fait le volume des données à stocker est réduit en regard de celui produit par le recueil de biopotentiels.

43Outre celles déjà citées incidemment dans les paragraphes précédents, de nombreuses études télémétriques chez les primates non-humains exploitent la mesure continue de la température corporelle. Il y a déjà plus de 40 ans, les premiers animaux utilisés dans les vols spatiaux expérimentaux étaient équipés de capteurs de température (Adey, 1972). Les études sur le métabolisme physiologique des microcèbes (Perret et Aujard, 2001; Seguy et Perret, 2005), mais également chez les marmousets (Petry et Maier, 1990) ont largement utilisé les mesures de température. La pharmacotoxicologie exploite également cette mesure en routine, notamment dans l'étude des récepteurs à la douleur (Gavva et al., 2007), de la pharmacologie des analgésiques (Weed et Hienz, 2006; Becker et al., 2008), de la physiopathologie vaccinale (Pratt et al., 1998), de la toxicologie et des études de sureté du médicament (Gauvin et al., 2006; Young et al., 2007).

44A propos de la prise de température et à la différence de toutes les études précitées qui ont utilisé des systèmes implantés chirurgicalement, il est intéressant de rappeler qu'une mesure fiable de la température basale peut être recueillie à l'aide de systèmes de colliers externes non invasifs placés autour du cou. On trouvera dans le travail de Dausmann et al. (2009) un exemple d'application éthophysiologique de cette technologie chez les lémuriens.

4.5 Respiration

45La fréquence respiratoire est un paramètre plus difficile à collecter par radiotélémétrie puisqu'elle est dérivée de la mesure chronique des variations de pression intrathoracique. La mise en place d'un cathéter connecté à un capteur de pression pour la prise de pression intra-pleurale demande une chirurgie soigneuse et un peu complexe. Ces mesures ont toutefois pu être réalisées à ce jour chez le singe vert (Hinds et al., 2007) et chez le macaque cynomolgus (Murphy et al., 2001), mais demeurent à notre connaissance d'usage encore peu répandu.

4.6 Reproduction

46L'anatomie de l'utérus des macaques est pratiquement identique à celle de l'utérus humain, au facteur de taille près. Par sa cavité unique et l'abondance en contenu musculaire lisse du corps utérin, il se prête bien à l'exploration physiologique au moyen de la prise de pression intra-utérine avec ou sans électromyographie concurrente. L'utérus de macaque non-gravide ou gravide couplé à l'enregistrement radiotélémétrique de ses contractions in vivo sert depuis maintenant une quinzaine d'années de modèle pour l'étude pharmacologique des molécules utérocontractantes (médicaments utérotoniques) et utérorelaxantes (médicaments tocolytiques), ces dernières étant particulièrement importantes dans la prévention de l'accouchement prématuré humain (Carbonne et al., 1998; Chellman et al., 2004; Reinheimer, 2007; Croci et al., 2007).

5 Autres signaux permettant le télémonitorage des grandes fonctions physiologiques

47Par leur nature même, les signaux acoustiques et visuels peuvent fournir à distance des informations extrêmement précises sur l'état physiologique des individus, leur comportement, leur état de quiétude ou de stress, leur réaction à des stimuli naturels ou artificiels, que ces derniers soient de nature physique, chimique ou biologique (voir par exemple Brumm et al., (2005) et Meunier et al., (2008)). Le simple enregistrement des vocalisations ou l'enregistrement vidéo des primates non-humains est donc en lui-même une méthode de télémonitorage possible qui peut encore être étendue à des distances considérables d'observation en le couplant à un relai de transmission par onde radio. Il est hors du champ de cet article d'envisager toutes les applications possibles de l'utilisation des signaux sonores et visuels qui recouvrent des technologies très spécifiques, extrêmement variées et d'applications presque infinies.

48Sans entrer dans le détail des techniques d'acquisition (voir par exemple Gautier (1983) pour les signaux audio), on se limite ci-dessous à montrer brièvement quelques exemples intéressants de la combinaison d'enregistrements des signaux sonores et visuels avec les méthodes télémétriques « de proximité » telles qu'elles ont été décrites dans les paragraphes précédents.

5.1 Vocalisations et signaux acoustiques

49Un exemple bien représentatif de la combinaison complexe d'enregistrements télémétriques de l'activité neuronale et des vocalisations d'interaction sociale a été rapporté chez le singe-écureuil (Jurgens et Hage, 2006). En raison de son habitat dans la canopée de la forêt tropicale amazonienne, la communication du singe-écureuil se fait par des interactions vocales qui consistent dans la plupart des cas en un échange réciproque d'un seul et même type d'appel. Les appels sont plus ou moins complètement génétiquement déterminés dans leur structure acoustique.

50Concurremment à l'enregistrement des vocalisations, les auteurs ont exploré au niveau du colliculus inférieur et des structures adjacentes (le colliculus inférieur est un centre important d'intégration du message auditif, il se trouve au carrefour des voies auditives ascendantes et descendantes et reçoit également d'importantes afférences extra auditives), les zones où les neurones sont activés par la réponse auditive des congénères et celles où les neurones sont activés par l'activité de vocalisation de l'individu lui-même (Figure 4).

Figure 4

Agrandir

Dispositif expérimental pour l'étude des corrélations activité neuronale cérébrale - vocalisations chez le singe-écureuil. Les signaux électriques cérébraux sont transmis par télémétrie (boitier fixé sur la tête de l'animal). Les vocalisations de l'animal expérimental sont enregistrées par un capteur de vibration osseuse également fixé sur le crâne. Les vocalisations des congénères sont enregistrées par le microphone ambiant. Voir texte, paragraphe 5.1. Extrait et redessiné de (Jurgens et Hage, 2006).
Example of telemetrically transmitted vocalization-correlated neuronal activity. The electrical brain signals are transmitted by telemetry (box mounted on the head of the animal). Vocalizations produced by the experimental animal are recorded by a skull vibration sensor. The vocalizations of conspecifics are recorded by the room microphone. See text, section 5.1. Extracted and redrawn from (Jurgens et Hage, 2006)

51L'activité des neurones est recueillie par des électrodes intracérébrales chroniques et les potentiels sont transmis vers la station d'enregistrement par un système télémétrique « fait maison ». Par ailleurs, un capteur piézo-céramique enregistrant les vibrations crâniennes permet de distinguer les cris de l'animal en expérience de ceux des autres animaux du groupe, en comparant les signaux provenant du microphone ambiant et ceux du capteur crânien de vibrations (Grohrock et al., 1997).

52Les auteurs arrivent ainsi à isoler effectivement dans une zone située juste au dessous du colliculus inférieur des neurones qui sont seulement activés par les auto vocalisations et non par celles des congénères (Tammer et al., 2004).

5.2 Signaux visuels (vidéo monitorage)

5.2.1 Vidéo embarquée par l'animal lui-même

53Il est devenu possible récemment d'utiliser des dispositifs optiques de repérage vidéo du regard pour mesurer quantitativement le comportement visuel des sujets en déplacement libre. Pour enregistrer le regard au cours des déplacements libres de Lémur catta et ses interactions sociales, il a été développé un prototype télémétrique de suivi du regard. Typiquement, le système incorpore deux micro caméras CDD, une caméra couleur qui enregistre la scène vue par l'animal et une caméra infrarouge qui enregistre la position de l'œil de l'animal via le signal réfléchi par un petit miroir dichroïque placé sur la tête de l'animal. Une LED infra rouge montée directement derrière la caméra qui filme l'œil permet l'éclairage de ce dernier. Tous ces composants sont montés sur un casque thermoplastique amovible adapté à la tête du lémurien. L'alimentation électrique et le transmetteur télémétrique sont sécurisés dans une jaquette portée par l'animal. Ce dispositif à permis d'enregistrer le suivi du regard chez les lémuriens dans les contextes de locomotion terrestre et arboricole, d'interaction sociale, de prise de nourriture, et de montrer que les lémuriens affichent des comportements d'orientation visuelle semblables à ceux des macaques et des humains (Shepherd et Platt, 2006; 2008).  

5.2.2 Vidéo et télémétrie cardiovasculaire

54Un exemple simple de l'apport de la vidéo aux études des réponses comportementales est illustré par le travail de Gerber et Schnell (2004). Six couples de marmousets communs sont vidéo-enregistrés au cours de la confrontation avec un congénère étranger de sexe différent et en présence ou en absence du congénère familier. Les paramètres cardiovasculaires, pression artérielle systolique et diastolique, fréquence cardiaque ainsi que l'activité locomotrice sont enregistrés par télémétrie grâce à des émetteurs implantés dans la cavité abdominale. Cette étude montre notamment que la confrontation avec un congénère de sexe opposé affecte les paramètres de pression artérielle et de fréquence cardiaque.

5.2.3 Vidéo et activité neuronale

55Les méthodes d'acquisition de potentiels neuronaux comme décrites au paragraphe 4.2.1 peuvent être complexifiées avec l'utilisation de technologies multimédia réalisant l'enregistrement simultané des réponses unitaires du cortex cérébral et l'imagerie de la cinématique gestuelle comme celle d'animaux saisissant et manipulant des objets. Ces méthodes d'imagerie permettent une corrélation directe des images vidéo plein champ avec les trains de potentiels cérébraux enregistrés par microélectrodes. Par exemple, l'étude de Ro et al. (1998) et ses développements ultérieurs (Gardner et al., 2002) montre des clichés vidéonumériques haute résolution du comportement moteur de la main toutes les 33 ms et un affichage de l'activité électrophysiologique synchrone, enregistrée et numérisée à 44,5 kHz sur la même plate-forme. Ces méthodes d'imagerie non invasive et non traumatique permettent aussi bien la surveillance d'animaux non entrainés à une tâche que d'animaux entrainés, tout en fournissant des documents numérisés de la synchronisation neuronale des trains de potentiels. Dans les études précitées, les analyses révèlent des catégories fonctionnelles de neurones corticaux signalisant des étapes spécifiques des fonctions de préhension manuelle.

56Un autre travail a étudié les cellules, dites « cellules de lieu » de l'hippocampe. Ces neurones pyramidaux, décrits initialement chez le rat au niveau des couches cellulaires CA1 et CA3/4, possèdent une activité unitaire intrinsèquement liée à la position de la tête de l'animal au sein de son environnement, et ils sont supposés intervenir dans les processus de mémorisation des informations spatiales. Jusqu'à présent, il n'avait pas été possible de détecter des « cellules de lieu » dans l'hippocampe des primates. Un système télémétrique complexe associant des microélectrodes implantées chroniquement, deux systèmes vidéo enregistrant respectivement les mouvements oculaires et les scènes vues par l'animal, et une station de recueil et de stockage des informations a pu être développé chez le macaque rhésus pour étudier sur une base cellulaire les relations cerveau/comportement lorsque les animaux se déplacent librement dans un enclos jusqu'à une distance de 50 mètres. L'ensemble qui pèse 800 g, ce qui nécessite des animaux de corpulence suffisante, est sécurisé par une jaquette portée par l'animal, lequel est alors entièrement libre de se déplacer dans son enclos (Lei et al., 2004).

6 Conclusion

57Une surveillance cohérente des paramètres physiologiques chez les primates non-humains, éventuellement en interaction avec leur environnement, est aujourd’hui permise par le télémonitorage en milieu confiné (laboratoire) ou ouvert (animaux en liberté ou semi-liberté). Le développement des systèmes futurs sera probablement axé sur les besoins de caractériser des individus très mobiles ou des groupes d’animaux dans des environnements complexes, en utilisant des systèmes portables et le moins invasif possible. Ces systèmes devraient permettre de reconnaître les tendances évolutives des états physiologiques (études éthophysiologiques, études de terrain) ou expérimentaux (pharmacologie) et donner rapidement l'alerte aux observateurs afin d’appliquer des actions correctives si nécessaire.

58Il est clair qu'aujourd'hui les systèmes de télémonitorage se cantonnent à la mesure de paramètres physiques. Des pans entiers des grandes fonctions physiologiques, régulations métaboliques et régulations hormonales, pour ne citer que celles-là, ne peuvent être explorés qu'indirectement. Dans un futur, quoiqu’encore incertain, on peut imaginer que seront développés des biocapteurs implantables capables de déterminer in vivo les concentrations en hormones ou en métabolites de l'organisme (De Rosnay, 2001). Dès lors que ces capteurs seront au point, et puisque d'une façon ou d'une autre le signal sera converti en une variation de potentiels électriques, il ne devrait y avoir aucune difficulté à imaginer comment les coupler à des systèmes télémétriques conçus sur le modèle de ceux que nous connaissons déjà.

59Les technologies de base pour la plupart des applications sont désormais disponibles dans le commerce. Des concepts plus avancés ont été validés en laboratoire et pourraient devenir disponibles dans les prochaines années. L'utilisation adaptée de systèmes complexes intégrés pourrait contribuer à améliorer grandement et réduire les coûts de l’observation des primates non-humains, et tout cela au bénéfice vraisemblable de leur bien-être.

Haut de page

Bibliographie

Adey WR (1972). Studies on weightlessness in a primate in the biosatellite 3 experiment. Life Sci Space Res 10, 67-85.

Almirall H, Bautista V, Sanchez-Bahillo A, Trinidad-Herrero M (2001). Ultradian and circadian body temperature and activity rhythms in chronic mptp treated monkeys. Neurophysiol Clin 31, 161-170.

Almirall H, Pigarev I, de la Calzada MD, Pigareva M, Herrero MT, Sagales T (1999). Nocturnal sleep structure and temperature slope in mptp treated monkeys. J Neural Transm 106, 1125-1134.

Authier S, Paquette D, Gauvin D, Sammut V, Fournier S, Chaurand F, Troncy E (2009). Video-electroencephalography in conscious non human primate using radiotelemetry and computerized analysis: Refinement of a safety pharmacology model. J Pharmacol Toxicol Methods 60, 88-93.

Authier S, Tanguay JF, Fournier S, Gauvin D, Legaspi M, Chaurand F, Breault C, Troncy E (2008). Conscious and anesthetized non-human primate safety pharmacology models: Hemodynamic sensitivity comparison. J Pharmacol Toxicol Methods 58, 94-98.

Authier S, Tanguay JF, Gauvin D, Di Fruscia R, Fournier S, Chaurand F, Troncy E (2007a). A cardiovascular monitoring system in conscious cynomolgus monkeys for regulatory safety pharmacology. Part 1: Non-pharmacological validation. J Pharmacol Toxicol Methods 56, 115-121.

Authier S, Tanguay JF, Gauvin D, Fruscia RD, Troncy E (2007b). A cardiovascular monitoring system used in conscious cynomolgus monkeys for regulatory safety pharmacology. Part 2: Pharmacological validation. J Pharmacol Toxicol Methods 56, 122-130.

Bass AS, Hanson LA, Jackson TA (2009). Measuring the risk of torsades de pointes: Electrocardiographic evaluation of pnu-142093 in conscious cynomolgus non-human primates using restraint and non-restraint procedures. J Pharmacol Toxicol Methods 60, 51-57.

Becker GL, Gerak LR, Koek W, France CP (2008). Antagonist-precipitated and discontinuation-induced withdrawal in morphine-dependent rhesus monkeys. Psychopharmacology (Berl) 201, 373-382.

Beere PA, Glagov S, Zarins CK (1984). Retarding effect of lowered heart rate on coronary atherosclerosis. Science 226, 180-182.

Beere PA, Glagov S, Zarins CK (1992). Experimental atherosclerosis at the carotid bifurcation of the cynomolgus monkey. Localization, compensatory enlargement, and the sparing effect of lowered heart rate. Arterioscler Thromb 12, 1245-1253.

Benardeau A, Weissenburger J, Hondeghem L, Ertel EA (2000). Effects of the t-type ca(2+) channel blocker mibefradil on repolarization of guinea pig, rabbit, dog, monkey, and human cardiac tissue. J Pharmacol Exp Ther 292, 561-575.

Boulos Z, Macchi M, Terman M (1996). Effects of twilights on circadian entrainment patterns and reentrainment rates in squirrel monkeys. J Comp Physiol A 179, 687-694.

Boyer DM, Patel BA, Larson SG, Stern JT, Jr. (2007). Telemetered electromyography of peroneus longus in varecia variegata and eulemur rubriventer: Implications for the functional significance of a large peroneal process. J Hum Evol 53, 119-134.

Brumm H, Kipper S, Riechelmann C, Todt D (2005). Do barbary macaques 'comment' on what they see? A first report on vocalizations accompanying interactions of third parties. Primates 46, 141-144.

Carbonne B, Cabrol D, Clerget MS, Germain G (1998). Effects of nomegestrol acetate on spontaneous and sulprostone-induced uterine contractions in pregnant cynomolgus monkeys monitored by telemetry. Am J Obstet Gynecol 178, 150-155.

Cermack M (2006). Monitoring and telemedicine support in remote environments and in human space flight. Br J Anaesth 97, 107-114.

Chan DS, Callahan CW, Hatch-Pigott VB, Lawless A, Proffitt HL, Manning NE, Schweikert M, Malone FJ (2007). Internet-based home monitoring and education of children with asthma is comparable to ideal office-based care: Results of a 1-year asthma in-home monitoring trial. Pediatrics 119, 569-578.

Chellman GJ, Bee WH, Resendez JC, Meyer JK, Bernal J, Moddrelle DS, Haluska GJ, Reinheimer TM (2004). Telemetric uterine contraction model in preterm cynomolgus monkeys. Reprod Toxicol 18, 285-293.

Clozel JP, Fischli W (1993). Comparative effects of three different potent renin inhibitors in primates. Hypertension 22, 9-17.

Crean RD, Davis SA, Taffe MA (2007). Oral administration of (+/-)3,4-methylenedioxymethamphetamine and (+)methamphetamine alters temperature and activity in rhesus macaques. Pharmacol Biochem Behav 87, 11-19.

Croci T, Cecchi R, Marini P, Rouget C, Viviani N, Germain G, Guagnini F, Fradin Y, Descamps L, Pascal M, Advenier C, Breuiller-Fouche M, Leroy MJ, Bardou M (2007). In vitro and in vivo pharmacological characterization of ethyl-4-[trans-4-[((2s)-2-hydroxy-3-[4-hydroxy-3[(methylsulfonyl)amino]-ph enoxy]propyl) amino]cyclohexyl]benzoate hydrochloride (sar150640), a new potent and selective human beta3-adrenoceptor agonist for the treatment of preterm labor. J Pharmacol Exp Ther 321, 1118-1126.

Dausmann KH, Glos J, Heldmaier G (2009). Energetics of tropical hibernation. J Comp Physiol B 179, 345-357.

de Jongste JC, Carraro S, Hop WC, Baraldi E (2009). Daily telemonitoring of exhaled nitric oxide and symptoms in the treatment of childhood asthma. Am J Respir Crit Care Med 179, 93-97.

De Rosnay J (2001). From molecular biology to biotics: The development of bio-, info- and nano-technologies. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand) 47, 1261-1268.

Fischli W, Clozel JP, Breu V, Buchmann S, Mathews S, Stadler H, Vieira E, Wostl W (1994). Ciprokiren (ro 44-9375). A renin inhibitor with increasing effects on chronic treatment. Hypertension 24, 163-169.

Gardner EP, Debowy DJ, Ro JY, Ghosh S, Babu KS (2002). Sensory monitoring of prehension in the parietal lobe: A study using digital video. Behav Brain Res 135, 213-224.

Gautier JP (1983). Qualities and drawbacks of radiotransmitted vocalizations of monkeys through laryngophones: New perspectives in analysis. Folia Primatol (Basel) 41, 218-230.

Gauvin DV, Tilley LP, Smith FW, Jr., Baird TJ (2006). Electrocardiogram, hemodynamics, and core body temperatures of the normal freely moving cynomolgus monkey by remote radiotelemetry. J Pharmacol Toxicol Methods 53, 140-151.

Gavva NR, Bannon AW, Hovland DN, Jr., Lehto SG, Klionsky L, Surapaneni S, Immke DC, Henley C, Arik L, Bak A, Davis J, Ernst N, Hever G, Kuang R, Shi L, Tamir R, Wang J, Wang W, Zajic G, Zhu D, Norman MH, Louis JC, Magal E, Treanor JJ (2007). Repeated administration of vanilloid receptor trpv1 antagonists attenuates hyperthermia elicited by trpv1 blockade. J Pharmacol Exp Ther 323, 128-137.

Genin F, Perret M (2003). Daily hypothermia in captive grey mouse lemurs (microcebus murinus): Effects of photoperiod and food restriction. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol 136, 71-81.

Gerber P, Schnell CR (2004). Behavioral and cardiophysiological responses of common marmosets (callithrix jacchus) to confrontations with opposite-sexed strangers. Primates 45, 187-196.

Giroud S, Blanc S, Aujard F, Bertrand F, Gilbert C, Perret M (2008). Chronic food shortage and seasonal modulations of daily torpor and locomotor activity in the grey mouse lemur (microcebus murinus). Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 294, R1958-1967.

Grohrock P, Hausler U, Jurgens U (1997). Dual-channel telemetry system for recording vocalization-correlated neuronal activity in freely moving squirrel monkeys. J Neurosci Methods 76, 7-13.

Hassimoto M, Harada T (2003). Use of a telemetry system to examine recovery of the cardiovascular system after excitement induced by handling stress in a conscious cynomolgus monkey (macaca fascicularis). J Med Primatol 32, 346-352.

Haushalter TM, Friedrichs GS, Reynolds DL, Barecki-Roach M, Pastino G, Hayes R, Bass AS (2008). The cardiovascular and pharmacokinetic profile of dofetilide in conscious telemetered beagle dogs and cynomolgus monkeys. Br J Pharmacol 154, 1457-1464.

Hawkins P, Morton DB, Bevan R, Heath K, Kirkwood J, Pearce P, Scott L, Whelan G, Webb A (2004). Husbandry refinements for rats, mice, dogs and non-human primates used in telemetry procedures. Seventh report of the bvaawf/frame/rspca/ufaw joint working group on refinement, part b. Lab Anim 38, 1-10.

Hinds SB, Raimond S, Purcell BK (2007). The effect of harp music on heart rate, mean blood pressure, respiratory rate, and body temperature in the african green monkey. J Med Primatol 36, 95-100.

Holzgrefe HH, Cavero I, Buchanan LV, Gill MW, Durham SK (2007a). Application of a probabilistic method for the determination of drug-induced qt prolongation in telemetered cynomolgus monkeys: Effects of moxifloxacin. J Pharmacol Toxicol Methods 55, 244-254.

Holzgrefe HH, Cavero I, Gleason CR (2007b). Analysis of the nonclinical telemetered ecg: Impact of logging rate and rr bin width in the dog and cynomolgus monkey. J Pharmacol Toxicol Methods 56, 34-42.

Holzgrefe HH, Cavero I, Gleason CR, Warner WA, Buchanan LV, Gill MW, Burkett DE, Durham SK (2007c). Novel probabilistic method for precisely correcting the qt interval for heart rate in telemetered dogs and cynomolgus monkeys. J Pharmacol Toxicol Methods 55, 159-175.

Hsieh KC, Robinson EL, Fuller CA (2008). Sleep architecture in unrestrained rhesus monkeys (macaca mulatta) synchronized to 24-hour light-dark cycles. Sleep 31, 1239-1250.

Jurgens U, Hage SR (2006). Telemetric recording of neuronal activity. Methods 38, 195-201.

Koga T, Kuwano K, Kito G, Kanefuji K (2007). Evaluation of qt interval using a linear model in individual cynomolgus monkeys. J Pharmacol Toxicol Methods 55, 248-253.

Lei Y, Sun N, Wilson FA, Wang X, Chen N, Yang J, Peng Y, Wang J, Tian S, Wang M, Miao Y, Zhu W, Qi H, Ma Y (2004). Telemetric recordings of single neuron activity and visual scenes in monkeys walking in an open field. J Neurosci Methods 135, 35-41.

Lynch JJ, 3 rd, Wilson AW, Hernandez LE, Nelson RA, Marsh KC, Cox BF, Mittelstadt SW (2008). Dose-response effects of sotalol on cardiovascular function in conscious, freely moving cynomolgus monkeys. Br J Pharmacol 154, 1439-1445.

Manuck SB, Adams MR, McCaffery JM, Kaplan JR (1997). Behaviorally elicited heart rate reactivity and atherosclerosis in ovariectomized cynomolgus monkeys (macaca fascicularis). Arterioscler Thromb Vasc Biol 17, 1774-1779.

Markert M, Klumpp A, Trautmann T, Mayer K, Stubhan M, Guth B (2007). The value added by measuring myocardial contractility 'in vivo' in safety pharmacological profiling of drug candidates. J Pharmacol Toxicol Methods 56, 203-211.

Meunier H, Deneubourg JL, Petit O (2008). How many for dinner? Recruitment and monitoring by glances in capuchins. Primates 49, 26-31.

Morlion B, Knoop C, Paiva M, Estenne M (2002). Internet-based home monitoring of pulmonary function after lung transplantation. Am J Respir Crit Care Med 165, 694-697.

Murphy DJ, Renninger JP, Coatney RW (2001). A novel method for chronic measurement of respiratory function in the conscious monkey. J Pharmacol Toxicol Methods 46, 13-20.

Obeid I, Nicolelis MA, Wolf PD (2004). A low power multichannel analog front end for portable neural signal recordings. J Neurosci Methods 133, 27-32.

Orange S, Rasko JE, Thompson JF, Vaughan J, Olive E, Pedler M, Horvath JS, Hennessy A (2005). Interleukin-10 regulates arterial pressure in early primate pregnancy. Cytokine 29, 176-185.

Pearce PC, Crofts HS, Muggleton NG, Scott EA (1998). Concurrent monitoring of eeg and performance in the common marmoset: A methodological approach. Physiol Behav 63, 591-599.

Perret M, Aujard F (2001). Daily hypothermia and torpor in a tropical primate: Synchronization by 24-h light-dark cycle. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 281, R1925-1933.

Petry H, Maier J (1990). [radiotelemetric studies of the body temperature of white-tufted monkeys (callithrix jacchus)]. Z Ernahrungswiss 29, 197-207.

Pratt WD, Gibbs P, Pitt ML, Schmaljohn AL (1998). Use of telemetry to assess vaccine-induced protection against parenteral and aerosol infections of venezuelan equine encephalitis virus in non-human primates. Vaccine 16, 1056-1064.

Regan HK, Lynch JJ, Regan CP (2009). Long term assessment of blood pressure transducer drift in rhesus monkeys chronically instrumented with telemetry implants. J Pharmacol Toxicol Methods 59, 35-38.

Reinhart GA, Preusser LC, Burke SE, Wessale JL, Wegner CD, Opgenorth TJ, Cox BF (2002). Hypertension induced by blockade of et(b) receptors in conscious nonhuman primates: Role of et(a) receptors. Am J Physiol Heart Circ Physiol 283, H1555-1561.

Reinhart GA, Preusser LC, Opgenorth TJ, Wegner CD, Cox BF (2000). Endothelin and et(a) receptors in long-term arterial pressure homeostasis in conscious nonhuman primates. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 279, R1701-1706.

Reinheimer TM (2007). Barusiban suppresses oxytocin-induced preterm labour in non-human primates. BMC Pregnancy Childbirth 7 Suppl 1, S15.

Ro JY, Debowy D, Lu S, Ghosh S, Gardner EP (1998). Digital video: A tool for correlating neuronal firing patterns with hand motor behavior. J Neurosci Methods 82, 215-231.

Sasaki H, Shimizu N, Suganami H, Yamamoto K (2005). Qt prodact: Inter-facility variability in electrocardiographic and hemodynamic parameters in conscious dogs and monkeys. J Pharmacol Sci 99, 513-522.

Schmelting B, Niehoff M, Egner B, Korte SH, Weinbauer GF (2009). High definition oscillometry: A novel technique for non-invasive blood pressure monitoring in the cynomolgus monkey (macaca fascicularis). J Med Primatol 38, 293-301.

Seguy M, Perret M (2005). Factors affecting the daily rhythm of body temperature of captive mouse lemurs (microcebus murinus). J Comp Physiol B 175, 107-115.

Shepherd SV, Platt ML (2006). Noninvasive telemetric gaze tracking in freely moving socially housed prosimian primates. Methods 38, 185-194.

Shepherd SV, Platt ML (2008). Spontaneous social orienting and gaze following in ringtailed lemurs (lemur catta). Anim Cogn 11, 13-20.

Smith OA, Astley CA (2007). Naturally occurring hypertension in new world nonhuman primates: Potential role of the perifornical hypothalamus. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 292, R937-945.

Soloviev MV, Hamlin RL, Barrett RM, Chengelis CP, Schaefer GJ (2006). Different species require different correction factors for the qt interval. Cardiovasc Toxicol 6, 145-157.

Sterling EJ, Nguyen N, Fashing PJ (2000). Spatial patterning in nocturnal prosimians: A review of methods and relevance to studies of sociality. Am J Primatol 51, 3-19.

Sun NL, Lei YL, Kim BH, Ryou JW, Ma YY, Wilson FA (2006). Neurophysiological recordings in freely moving monkeys. Methods 38, 202-209.

Taffe MA, Lay CC, Von Huben SN, Davis SA, Crean RD, Katner SN (2006). Hyperthermia induced by 3,4-methylenedioxymethamphetamine in unrestrained rhesus monkeys. Drug Alcohol Depend 82, 276-281.

Tammer R, Ehrenreich L, Jurgens U (2004). Telemetrically recorded neuronal activity in the inferior colliculus and bordering tegmentum during vocal communication in squirrel monkeys (saimiri sciureus). Behav Brain Res 151, 331-336.

Weed MR, Hienz RD (2006). Effects of morphine on circadian rhythms of motor activity and body temperature in pig-tailed macaques. Pharmacol Biochem Behav 84, 487-496.

Yao JA, Feldman HS, Illenberger A, Littell T, Schnee L, Yates D (2009). Evaluation of electrocardiograms recorded in cynomolgus monkeys with short- and long-term intracardiac lead implantations. J Pharmacol Toxicol Methods 60, 185-192.

Young MA, Malavalli A, Winslow N, Vandegriff KD, Winslow RM (2007). Toxicity and hemodynamic effects after single dose administration of malpeg-hemoglobin (mp4) in rhesus monkeys. Transl Res 149, 333-342.

Haut de page

Pour citer cet article

Référence électronique

Guy Germain, « Télémonitorage des grandes fonctions physiologiques chez les primates vigiles », Revue de primatologie [En ligne], 2 |  2010, document 3, mis en ligne le 01 septembre 2010, Consulté le 23 septembre 2014. URL : http://primatologie.revues.org/533 ; DOI : 10.4000/primatologie.533

Haut de page

Auteur

Guy Germain

Centre de Recherches Commun MIRCen, CEA – INSERM, Bâtiment 61, 18 route du Panorama, BP n° 6, F92265 FONTENAY-AUX-ROSES Cedex.
Auteur pour la correspondance :
guy.germain@cea.fr

Articles du même auteur

Haut de page

Droits d'auteur

© SFDP

Haut de page